基于偏振光散射法检测工件表面综合性能参数的装置制造方法
【专利摘要】基于偏振光散射法检测工件表面综合性能参数的装置，属于光学检测领域，本实用新型为解决现有加工工件表面性能检测装置只能检测单一特征参数，不能准确、快速、简便地检测综合性能参数的问题。本实用新型激光入射至分光镜分光，水平激光通过扩束器、起偏器和反光镜入射至工件表面，反射后入射至电荷耦合阵列检测器；垂直激光通过扩束器、起偏器和分光镜分为水平激光和垂直激光；水平激光通过透镜入射至电荷耦合阵列检测器；垂直激光通过偏振分光镜分为水平S光和垂直P光；水平S光通过反光镜和透镜入射至工件表面，反射后入射至光电二极管阵列；垂直P光通过透镜入射至工件表面，反射后入射至光电二极管阵列。用于检测加工工件表面综合特征参数。
【专利说明】基于偏振光散射法检测工件表面综合性能参数的装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种工件表面综合性能参数的检测装置，属于光学检测领域。
【背景技术】
[0002] 伴随着计算机技术和机械加工技术的快速发展，加工工件表面的检测技术也取得 了长足的进步。表面粗糙度、平行度、倾斜度是加工工件表面检测技术关注的几个主要性能 参数。表面粗糙度是指加工工件表面具有的微小间距和微小峰谷不平度。加工工件表面 两波峰或波谷之间的距离在Imm以下，其数值通常用于表述加工工件表面的微观几何形状 误差。表面粗糙度是评价加工工件表面质量的重要参数，对加工工件的性能有着非常重要 的影响，例如加工工件的耐腐蚀性、疲劳强度、耐磨性、密封性等性质。加工工件表面的平行 度，是指工件上需要被测量的要素（平面或直线）相对于规定的基准要素（平面或直线） 的方向偏离0°，即要求被测量的要素要与基准要素保持相等的距离。加工工件表面的倾 斜度是指工件上需要被测量的要素（平面或直线）相对于规定的基准要素（平面或直线） 的方向偏离某一特定的角度（0°?90° )，即要求被测量的要素对基准要素要形成一定角 度。在实际应用中，加工工件表面的平行度及倾斜度的大小直接影响加工工件及装置仪器 能否正常使用。所以平行度，倾斜度也一直是加工工件出厂检验中不可忽视的重要内容。
[0003] 目前，加工工件表面的检测方法主要有比较法、探针扫描法、光切法、干涉法、光散 射法等。光散射法是基于光散射原理进行物体表面检测的一种方法，该方法具有非接触性、 快速检测、成本低、体积小等优点。当一束光照射到粗糙的物体表面上时，除有部分光线被 物体表面吸收以外，大部分光会按照反射定律发生反射，而另一小部分光则发生了散射现 象。散射现象与表面粗糙度之间存在直接联系：粗糙度中轮廓算术平均偏差值越大，引起 的表面散射角度就越大；面型精度中波峰波谷差值（PV，S卩，peak-valley)越大，引起的表 面散射空间强度分布越明显。光散射法的主要应用范围是表面轮廓平均偏差值1^在2? 10 μ m之间的工件表面检测。从精密仪器到光学元件，从国防工业到航空航天，越来越需要 表面精细光滑、粗糙度微小、平行度接近于〇 °、倾斜度与设计值偏差较小的加工工件。通过 检测加工工件表面光强的空间分布，然后再经过相应理论计算就可以得到表面的性能参数 数值。
[0004] 我国现有加工工件表面性能检测装置在表面综合性能参数的检测领域是空白的， 目前还没有有效准确、快速简便、灵敏度高的综合性能参数检测装置。 实用新型内容
[0005] 本实用新型目的是为了解决现有加工工件表面性能检测装置只能检测单一特征 参数，不能够准确、快速、简便地检测综合性能参数的问题，提供了一种基于偏振光散射法 检测工件表面综合性能参数的装置。
[0006] 本实用新型所述基于偏振光散射法检测工件表面综合性能参数的装置，该检测装 置包括He-Ne激光器、准直器、第一分光镜、第二分光镜、第一扩束器、第二扩束器、第一起 偏器、第二起偏器、偏振分光镜、第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜、第四反光镜、第一透 镜、第二透镜、第三透镜、第一电荷耦合阵列检测器、第二电荷耦合阵列检测器、第一隔离 器、第二隔离器和光电二极管阵列；
[0007] He-Ne激光器发出的激光入射至准直器，通过准直器准直的激光入射至第一分光 镜，通过第一分光镜分光为水平激光和垂直激光；
[0008] 通过第一分光镜分光的水平激光入射至第一扩束器，第一扩束器出射的激光入射 至第一起偏器，经过第一起偏器的激光变为线偏振光，该线偏振光入射至第一反光镜，通过 第一反光镜反射后入射至第二反光镜，经过第二反光镜反射后以Θ 1角度入射至工件表面； 经过工件表面的反射，反射光入射至第三反光镜，经过第三反光镜的反射光入射至第一透 镜，经过第一透镜的透射光入射至第一电荷耦合阵列检测器；
[0009] 通过第一分光镜分光的垂直激光入射至第二扩束器，第二扩束器出射的激光入射 至第二起偏器，经过第二起偏器的激光变为线偏振光，该线偏振光入射至第二分光镜，通过 第二分光镜分光为水平激光和垂直激光；
[0010] 通过第二分光镜分光的水平激光通过第二透镜入射至第二电荷耦合阵列检测 器；
[0011] 通过第二分光镜分光的垂直激光入射至偏振分光镜，通过偏振分光镜分为水平S 光和垂直P光；
[0012] 水平S光入射至第四反光镜，经过第四反光镜的反射光入射至第三透镜，经过第 三透镜的透射光以92角度入射至工件表面；经过工件表面的反射，反射的S光入射至第三 透镜，经过第三透镜的透射光入射至偏振分光镜，经过偏振分光镜的光通过第二隔离器入 射至光电二极管阵列；
[0013] 垂直P光入射至第三透镜，经过第三透镜的透射光以0°角度入射至工件表面；经 过工件表面的反射，反射的P光通过第三透镜的透射入射至偏振分光镜，经过偏振分光镜 的光通过第二分光镜和第一隔离器入射至光电二极管阵列。
[0014] 本实用新型的优点：本实用新型是利用偏振光散射法测量物体表面粗糙度、平行 度、倾斜度的检测装置，建立了一种准确、快速简便、灵敏度高的表面综合性能参数的检测 装置，能够同时检测加工工件表面粗糙度中轮廓计算平均值偏差和波峰波谷个数、平行度、 倾斜度的综合性能参数，该装置提高了综合准确测量的能力，降低了需要多次检测所产生 的生产成本，具有极高的实际应用价值，在一定程度上填补了国内加工工件表面性能检测 领域的空白。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型所述基于偏振光散射法检测工件表面综合性能参数的装置的 结构示意图；
[0016] 图2是利用本实用新型检测装置检测工件倾斜度的原理图。
【具体实施方式】
[0017]
【具体实施方式】一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于偏振光散 射法检测工件表面综合性能参数的装置，该检测装置包括He-Ne激光器1、准直器2、第一分 光镜3-1、第二分光镜3-2、第一扩束器4-1、第二扩束器4-2、第一起偏器5-1、第二起偏器 5-2、偏振分光镜6、第一反光镜7-1、第二反光镜7-2、第三反光镜7-3、第四反光镜7-4、第一 透镜8-1、第二透镜8-2、第三透镜8-3、第一电荷耦合阵列检测器9-1、第二电荷耦合阵列检 测器9-2、第一隔离器10-1、第二隔离器10-2和光电二极管阵列11 ;
[0018] He-Ne激光器1发出的激光入射至准直器2,通过准直器2准直的激光入射至第一 分光镜3-1，通过第一分光镜3-1分光为水平激光和垂直激光；
[0019] 通过第一分光镜3-1分光的水平激光入射至第一扩束器4-1，第一扩束器4-1出射 的激光入射至第一起偏器5-1，经过第一起偏器5-1的激光变为线偏振光，该线偏振光入射 至第一反光镜7-1，通过第一反光镜7-1反射后入射至第二反光镜7-2,经过第二反光镜7-2 反射后以Θ 1角度入射至工件表面；经过工件表面的反射，反射光入射至第三反光镜7-3， 经过第三反光镜7-3的反射光入射至第一透镜8-1，经过第一透镜8-1的透射光入射至第一 电荷耦合阵列检测器9-1 ;
[0020] 通过第一分光镜3-1分光的垂直激光入射至第二扩束器4-2,第二扩束器4-2出射 的激光入射至第二起偏器5-2,经过第二起偏器5-2的激光变为线偏振光，该线偏振光入射 至第二分光镜3-2,通过第二分光镜3-2分光为水平激光和垂直激光；
[0021] 通过第二分光镜3-2分光的水平激光通过第二透镜8-2入射至第二电荷親合阵列 检测器9-2 ;
[0022] 通过第二分光镜3-2分光的垂直激光入射至偏振分光镜6,通过偏振分光镜6分为 水平S光和垂直P光；
[0023] 水平S光入射至第四反光镜7-4,经过第四反光镜7-4的反射光入射至第三透镜 8-3,经过第三透镜8-3的透射光以Θ 2角度入射至工件表面；经过工件表面的反射，反射的 S光入射至第三透镜8-3,经过第三透镜8-3的透射光入射至偏振分光镜6,经过偏振分光镜 6的光通过第二隔离器10-2入射至光电二极管阵列11 ;
[0024] 垂直P光入射至第三透镜8-3,经过第三透镜8-3的透射光以0°角度入射至工件 表面；经过工件表面的反射，反射的P光通过第三透镜8-3的透射入射至偏振分光镜6,经 过偏振分光镜6的光通过第二分光镜3-2和第一隔离器10-1入射至光电二极管阵列11。
【具体实施方式】 [0025] 二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进 一步说明，通过偏振分光镜6分成的水平S光和垂直P光相互垂直。
[0026] 本实用新型中，所述综合性能参数的检测装置能够直接检测光强，根据光强推导 出综合性能参数（加工工件表面粗糙度中轮廓平均值偏差和波峰波谷个数、平行度、倾斜 度）。
[0027] 汇聚在第一电荷耦合阵列检测器9-1的光强记为I1，汇聚在第二电荷耦合阵列检 测器9-2的光强记为1 2;打开第二隔离器10-2,将入射在光电二极管阵列11上的P光光强 记为I3，记录此时的位置为d 3;打开第一隔离器10-1，将入射在光电二极管阵列11上的S 光光强记为I4;
[0028] 1、加工工件表面平行度公差：光电二极管阵列11的信号检测是通过快速扫描收 集数据，经过处理直接能够得到吸光度、波长和时间为坐标的三维色谱，即：光谱图，在光谱 图上能够同时得到组分定性、定量结果，从而能够通过阵列总时间和阵列总距离就能够确 定此时光强I 3的位置d 3:
[0029]
【权利要求】
1. 基于偏振光散射法检测工件表面综合性能参数的装置，其特征在于，该检测装置包 括化-Ne激光器（1)、准直器（2)、第一分光镜（3-1)、第二分光镜（3-2)、第一扩束器（4-1)、 第二扩束器（4-2)、第一起偏器巧-1)、第二起偏器巧-2)、偏振分光镜（6)、第一反光镜 (7-1)、第二反光镜（7-2)、第=反光镜（7-3)、第四反光镜（7-4)、第一透镜巧-1)、第二透镜 巧-2)、第S透镜巧-3)、第一电荷禪合阵列检测器巧-1)、第二电荷禪合阵列检测器巧-2)、 第一隔离器（10-1)、第二隔离器（10-2)和光电二极管阵列（11); 化-Ne激光器（1)发出的激光入射至准直器（2)，通过准直器（2)准直的激光入射至第 一分光镜（3-1)，通过第一分光镜（3-1)分光为水平激光和垂直激光； 通过第一分光镜（3-1)分光的水平激光入射至第一扩束器（4-1)，第一扩束器（4-1)出 射的激光入射至第一起偏器巧-1)，经过第一起偏器巧-1)的激光变为线偏振光，该线偏振 光入射至第一反光镜（7-1)，通过第一反光镜（7-1)反射后入射至第二反光镜（7-2)，经过 第二反光镜（7-2)反射后W 0 1角度入射至工件表面；经过工件表面的反射，反射光入射至 第=反光镜（7-3)，经过第=反光镜（7-3)的反射光入射至第一透镜巧-1)，经过第一透镜 巧-1)的透射光入射至第一电荷禪合阵列检测器巧-1); 通过第一分光镜（3-1)分光的垂直激光入射至第二扩束器（4-2)，第二扩束器（4-2)出 射的激光入射至第二起偏器巧-2)，经过第二起偏器巧-2)的激光变为线偏振光，该线偏振 光入射至第二分光镜（3-2)，通过第二分光镜（3-2)分光为水平激光和垂直激光； 通过第二分光镜（3-2)分光的水平激光通过第二透镜巧-2)入射至第二电荷禪合阵列 检测器巧-2); 通过第二分光镜（3-2)分光的垂直激光入射至偏振分光镜（6)，通过偏振分光镜（6)分 为水平S光和垂直P光； 水平S光入射至第四反光镜（7-4)，经过第四反光镜（7-4)的反射光入射至第=透镜 巧-3)，经过第=透镜巧-3)的透射光W 0 2角度入射至工件表面；经过工件表面的反射，反 射的S光入射至第=透镜巧-3)，经过第=透镜巧-3)的透射光入射至偏振分光镜（6)，经 过偏振分光镜化）的光通过第二隔离器（10-2)入射至光电二极管阵列（11); 垂直P光入射至第=透镜巧-3)，经过第=透镜巧-3)的透射光W〇°角度入射至工 件表面；经过工件表面的反射，反射的P光通过第=透镜巧-3)的透射入射至偏振分光镜 化），经过偏振分光镜化）的光通过第二分光镜（3-2)和第一隔离器（10-1)入射至光电二 极管阵列（11)。
2. 根据权利要求1所述的基于偏振光散射法检测工件表面综合性能参数的装置，其特 征在于，通过偏振分光镜（6)分成的水平S光和垂直P光相互垂直。
【文档编号】G01B11/26GK204228123SQ201420786016
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】于雪莲, 王伟佳, 周坤, 田明明, 马文书, 沈涛 申请人:哈尔滨理工大学